Optischer Aufputz

Weißes Sonnenlicht und Regenbogenfarben: ein modernes Konzept für den Physikunterricht kann die Zusammenhänge anschaulich erklären. Foto: Pixabay

ForscherInnen der Uni Graz entwickeln neues Konzept für Physik-Unterricht

Die soeben erschienene TIMSS-Studie hat Österreichs VolksschülerInnen nur mäßige naturwissenschaftliche Kenntnisse attestiert. Auch bei den älteren Kindern rangiert Physik nicht sehr weit oben auf der Liste der Lieblingsfächer. Das liegt unter anderem daran, dass die verwendeten Unterrichtsmaterialien und -konzepte zu wenig auf die Vorstellungswelt der Kinder und Jugendlichen zugeschnitten sind. Claudia Haagen-Schützenhöfer, Professorin für Fachdidaktik an der Universität Graz, hat mit ihrem Wiener Kollegen Martin Hopf neue Materialien für den Optik-Unterricht in der Mittelstufe entwickelt und ein grundlegendes didaktisches Konzept vorgelegt, wie man zentrale Lerninhalte aufbereitet und erfolgreich vermittelt. Ihre Studie wurde soeben im Journal Physical Review Physics Education Research veröffentlicht.

Gelbe Sonne
Der Großteil der SchülerInnen zwischen 10 und 14 geht davon aus, Sonnenlicht sei gelblich – wie auf Kindergartenzeichnungen. Diese hartnäckig verankerte Vorstellung behindert aber das Verständnis, warum wir Gegenstände in unserer Umgebung in verschiedenen Farben wahrnehmen können. Die ExpertInnen haben daher ein Experiment entwickelt, mit dessen Hilfe sich die weiße Farbe des Sonnenlichts und die Zusammensetzung aus den Spektralfarben nachweisen lassen.
Weiters vermuten viele Jugendliche, dass man auch bei völliger Dunkelheit etwas sehen kann, selbst wenn sie gelernt haben, dass dafür Licht auf die Netzhaut gelangen muss. „Die Übertragung von auswendig gelerntem Faktenwissen auf konkrete Beispiele gelingt kaum“, hat Haagen-Schützenhöfer festgestellt. „Kognitive Stoppschilder“ – also etwa der simple Satz „von nix kommt nix“, ohne Lichteinfall keine visuelle Wahrnehmung – helfen, alte, falsche Denkmuster zu überwinden.

Auf die Probe gestellt
Um physikalische Konzepte wirklich so aufbereiten und vermitteln zu können, dass die SchülerInnen diese auch erfolgreich verarbeiten können, haben die ForscherInnen ihr Unterrichtsdesign sechs Jahre lang evaluiert und kontinuierlich adaptiert. 3500 Kinder und Jugendliche beantworteten einen Fragebogen zu ihren Lernprozessen, mit mehr als 120 führten die WissenschafterInnen ausführliche Interviews. „So konnten wir Verständnisschwierigkeiten und Vorstellungen identifizieren, die bisher noch keine Beachtung in der didaktischen Forschung hatten“, resümiert die Physikerin.
Mit ihrer Studie haben Haagen-Schützenhöfer und Hopf auch eine methodische Lücke im Bereich der Lehrgangs- und Materialentwicklung geschlossen. „Wir haben gezeigt, wie man ein lernwirksames Unterrichtsdesign regelgeleitet und forschungsbasiert schaffen kann“, so die Fachdidaktikerin. Damit steht ihren KollegInnen eine neue Grundlage zur Verfügung, um künftig weitere Themen noch verständlicher und an die Lebensrealität ihrer SchülerInnen angepasst vermitteln zu können.

Publikation:
Claudia Haagen-Schützenhöfer & Martin Hopf: „Design-based research as a model for systematic curriculum development: The example of a curriculum for introductory optics“, Physical Review Physics Education Research (Vol. 16, Nr. 2)
DOI: 10.1103/PhysRevPhysEducRes.16.020152

Dagmar Eklaude

Related news

Electrifying: Researchers film the first moments on the way from light to electricity

Physicists at the University of Graz (Austria), in collaboration with colleagues from Marburg University and Forschungszentrum Jülich (Germany), have achieved a scientific breakthrough. For the first time, the generation of electrical energy from light has been filmed and described theoretically. This work is of far-reaching significance, not least for optimising sustainable energy production from photovoltaics. This is because it provides fundamental building blocks for understanding the physical processes that take place, for example, in organic solar cells. The paper was published in the journal Physical Review X, one of the world’s most prestigious physics journals.

University of Graz: Working together to make Styria a sustainable centre of learning

Round table calls for sustainable funding for the 2028–2030 performance agreement period between the five Styrian universities and the federal government.

How can we teach using YouTube and AI? The University of Graz is strengthening media education in schools

A journey through the blood vessels using VR headsets brings biology lessons to life. An interactive quiz brings physics to life. The YouTube video explains the First World War. Whilst mobile phones are increasingly being banned from the classroom, social media platforms, apps and AI are playing an ever-greater role in knowledge transfer at school. But how can teaching with media be made even more effective? What are the challenges in media-based teaching? At the University of Graz, researchers are discussing these issues at a conference being held in Austria for the first time.

Jurassic Sounds: Biologist reconstructs insect songs from 165 million years ago

It was apparently not just the roars of the dinosaurs that made up the soundscape of the animal world during the Jurassic period. Crickets and grasshoppers communicated through a variety of songs and high-pitched sounds, as Thorin Jonsson from the Institute of Biology at the University of Graz discovered together with colleagues from the universities of Lincoln, Bristol (UK), Beijing (China) and Tempe (USA). The findings on what are so far the oldest traces of sound on Earth have just been published in the journal PNAS.